复杂地质条件下巷道过断层的支护技术

李亨(山西焦煤霍州煤电集团晋北煤业有限公司，山西 忻州 035100)

0 引言

在矿井建设的过程中，巷道的掘进不可避免的会出现穿越断层的情况，而在出现断层与巷道交叉时，巷道的围岩稳定性较差，在掘进的过程中如果不能做好支护措施，就会容易造成坍塌问题。因此，在巷道过断层掘进时，需要使用合理的支护技术，以确保支护的效果良好。

1 矿井掘进安全生产的影响因素

随着煤矿开采深度以及强度的不断增加，巷道掘进的难度越来越大，面临的地质条件更加复杂，在巷道掘进的过程中不可避免的会出现巷道与断层的交叉，使煤矿生产的安全受到威胁。为了能够使巷道顺利过断层，保障矿井开采的安全性，需要对其中的影响因素进行充分地了解，然后采取有效的措施进行支护，以保障巷道掘进的安全。在煤矿复杂地质条件下，巷道周围的围岩坚固性受到破坏，其强度下降，因而容易产生围岩破碎问题，如果遇到水流的侵蚀，巷道坍塌的可能性增大，对于巷道的支护工艺施工也就越困难。煤矿断层问题的出现，会使围岩结构层被破坏，同时在巷道掘进的过程中，围岩的强度不足，巷道的稳定性就会下降，存在断层问题。受地质运动的影响，岩层结构会发生不同程度的变化，这样在煤矿开采中，岩层结构裂缝就容易出现，巷道顶板以及山墙等的承载压力就会增大，开采生产的安全性没有保障，而且在巷道底板围岩的应力集中影响下，支护技术的使用就需要合理进行选择，以增强支护技术的有效性，从而使巷道掘进能够安全地过断层。

2 巷道掘进存在的问题

以某矿区的巷道掘进为例，该矿区所处的区域内，岩浆活动较为强烈，而且多断裂、褶皱问题，断层裂隙发育，岩石比较破碎，容易透水且稳固性不好。在该矿区进行巷道掘进时，安全性受到较大的威胁，巷道掘进以及支护施工存在一定的困难。首先，由于岩体较为破碎，大断面空间的形成并不容易，这样巷道在掘进时想要通过岩体就存在较大的难度。另外，由于透水性的影响，在断层中容易渗入水分，进而可能会出现泥石流灾害。再者，对于永久巷道，其维护工作的困难较多，维护成本较高，还存在较大的安全风险。煤矿开采过程中，地下工程主要有斜井、斜坡道以及运输平巷等，存在较大的断面面积，同时安全性相对较高，服务的期限较长，这部分工程对于巷道的支护工艺要求就会更高，在综合考虑安全性、成本控制以及经济效益这些方面后，对巷道过断层的支护技术进行了对比讨论，根据该矿区断层结构的特点，支护技术的使用采取联合支护方式，以工作面预注浆工艺与超前管棚联合支护工艺联合，进行巷道过断层支护。

3 支护技术使用

3.1 工作面超前预注浆工艺

巷道在过断层时，结合矿井的实际特点，需要在工作面进行超前预注浆，使巷道与断层交叉位置的破碎岩体能够得到预先固结，形成稳固的复合固结体，这样才能够使巷道掘进过程更加顺利。而且在复杂的地质条件下，断层位置通常会出现渗水问题，通过预注浆，可以将水裂隙有效封堵住，使巷道围岩更加稳固，防止出现坍塌以及泥石流灾害。

3.1.1 止浆墙施工

在巷道过断层的迎面位置进行止浆墙施工，提前埋设3 根孔口管，在全断面的位置设置3 个注浆孔，根据断层破碎带的宽度来确定孔的深度，通过在现场浇筑混凝土和砖墙一起作为止浆墙，厚度控制在1m，孔口管使用的是φ108mm×4mm的无缝钢管材料制作而成，长度为1.5m，保持大概0.5m 的外露部分。

3.1.2 注浆施工

水泥浆主要是以单液为主，在进行封口时使用水玻璃加水泥的双液浆，如果这个过程中需要消耗的浆液比较大时，可以使用砂浆进行注浆。水泥原料使用等级为42 级的硅酸盐水泥，对水玻璃模数、单液浆的水灰比、双液浆的配合比、以及砂浆配比等进行确定。由于注浆施工属于隐蔽性的工程，对每个孔段进行注浆时都要确保注入量、终量以及终压符合设计的标准要求，这样才能使注浆的质量得到有效保证，同时提高堵水的效果。在孔段注浆过程中，达到终压后，需要使泵的流量保持稳定大概25 分钟，然后结束注浆。

3.2 超前管棚支护工艺

在工作面完成超前预注浆施工后，注浆完毕需要结合实际情况，进行超前管棚支护。

3.2.1 架棚背板施工

使用U 型钢制作钢棚，然后用钢连杆将棚与棚之间进行连接，确保每两个棚之间的连杆为7 根，其中拱部包含3 根，两边直墙各含2 根。每个架棚上有接头3 个，使用螺栓将接头与U 型卡缆进行连接。按照有关技术标准中要求的中腰线，先架设生根棚，使用钢筋进行焊接，使用前探梁对棚梁进行架设，前探梁的材质使用无缝钢管，利用U 型钢连接钢筋挂钩，棚梁经过校正后将连接件进行固定。然后对棚腿与棚梁进行搭接，同样用U 型卡缆经过螺栓进行连接。架设好U 型钢棚后，然后对棚后的钢筋混凝土背板进行架设，混凝土背板的长度方向要垂直于U 型钢，同时要保证每两个背板之间的放置紧密结合，背板后面出现的空区需要使用木板或者是混凝土背板填实。

3.2.2 喷射混凝土施工

在U 型钢棚架设完成、背板铺设完后，需要对设计的具体要求进行检查，查看是不是符合设计的标准，然后清理工作面的危石以及岩面，这主要是为了能够避免出现因工作面清理不良影响岩面与混凝土之间的粘结效果，使巷道的围岩与支护措施之间从整体上形成良好的效果。对喷射的混凝土配置比例进行优化，确保喷射的混凝土从粘结效果、回弹力、强度等方面能够满足施工的具体要求。这个过程中需要严格地控制砂石材料的选择，从粒径的大小上进行控制，在搅拌混凝土的过程中需要对速凝剂的使用比重进行合理控制。按照标准要求进行喷射施工，这个过程中对喷射的距离以及角度进行合理设计，同时要注意控制分层喷射所间隔的时间以及一次性喷射时混凝土的厚度。在喷射混凝土施工中，用到的细骨料和水泥的量比较多，而且还需要掺入速凝剂，因此这个过程中会存在变形收缩问题，在喷射混凝土施工完成后一周时间内，需要进行养护，稳固混凝土的强度，使其保持良好的抗渗性能。

4 支护技术应用效果

从联合支护施工的实际情况看出，巷道过断层取得了较好的应用效果。使用超前预注浆和超前管棚支护联合的方式对巷道过断层进行支护，巷道掘进能够更加容易进行，而且速度有所提升，每次掘进的距离都能够维持1m 左右，使巷道围岩自稳时间较短、巷道掘进困难以及巷道断层渗水等问题得到了有效的解决。在复杂地质条件下，对断层使用超前预注浆的施工方式进行固结，可以使断层的水裂缝得到较好的封堵，使巷道的围岩进一步稳固，而且使用超前管棚联合支护的方式，减小了巷道出现变形的可能，巷道围岩的承重能力得到提高。工作面在进行预注浆施工后，断层的破损岩体被混凝土固结成稳定的复合体，巷道掘进顺利很多，在边掘进边支护的过程中，巷道围岩与支护措施之间能够共同受力，巷道掘进过断层不会出现大面积的坍塌。经过联合支护后，巷道成功穿越了断层结构。

5 结语

总而言之，在矿井建设巷道过断层时，地质条件非常复杂，在选择支护技术时需要对复杂地质条件的特点进行充分的分析，综合考虑各方面影响因素，选择合适的支护技术，通过有效的支护防护，使巷道能够更加顺利通过断层地质段。